电网短路电流限制措施分析

石 征,谷丽娜,程 伦

(1.国网河北省电力公司石家庄供电分公司,石家庄 050000;2.国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021; 3.国网河北省电力公司,石家庄 050021)

电网短路电流限制措施分析

石 征1,谷丽娜2,程 伦3

(1.国网河北省电力公司石家庄供电分公司,石家庄 050000;2.国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021; 3.国网河北省电力公司,石家庄 050021)

针对河北省南部电网短路电流超标情况越来越严重的问题,分析可降低短路电流的措施及其优缺点,通过实际案例介绍降低短路电流的具体方法,提出抑制系统短路电路超标问题的建议。

短路电流;电磁环网;母线

近年来,随着电网建设步伐的加快,电网结构日益坚强。从2005至今,河北省南部电网(简称“河北南网”)变电容量已增长2倍,线路总长度也接近增长1倍,在电网快速发展的同时,系统的短路电流水平也呈逐年上升趋势,已经成为电网方式安排的制约条件。

1 河北南网短路电流发展情况

2003年,220 k V兆通变电站短路电流水平超过断路器额定遮断电流-31.5 k A,成为河北南部电网首个短路电流超标厂站。

2006年,220 k V许营变电站短路电流水平超过断路器额定遮断电流-40 k A,河北南部电网短路电流水平突破40 k A。

2007年,500 k V石北变电站投产,河北南网首台1 000 MVA大型变压器投入运行,当年石北变电站220 k V三相短路电流水平超过断路器额定遮断电流-50 k A,仅用1年时间,河北南网短路电流水平突破50 k A,达到了220 k V断路器的最大耐受短路电流能力。

2009年,500 k V阳北II回线投产后,廉州变电站500 k V短路三相电流水平为51.6 k A,超过断路器额定遮断电流,网内首个500 k V变电站出现短路电流超标问题。

到2016年底,河北南网各地区220 k V最大短路电流基本上都超过了40 k A,部分变电站已经超过50 k A。

2 降低短路电流措施及其缺点分析

目前,控制短路电流的措施,归纳起来主要包括从运行方式上解决、从设备选型或设备改造解决两方面。

2.1 从运行方式上解决

2.1.1 电磁环网解环

图1 2016年底河北南网短路电流水平

优点:可整体降低整个地区220 k V系统单相及三相短路电流水平,分区供电网络结构清晰,系统安全稳定水平提高。

缺点:需要停运线路,电网结构变化较大,解环后形成单电源站需建设相应的补强工程。

2.1.2 母线分裂运行

优点:可大幅降低变电站及周围相邻变电站220 k V系统单相及三相短路电流水平,不需要停运线路。

缺点:分裂运行后主变负荷分配不均,增加站内一、二次设备,运行方式灵活性差。

2.1.3 3/2接线变电站元件出串运行

优点:措施实施简单,不需增加一、二次设备。缺点:改变网架结构,影响系统潮流分布。

2.1.4 3/2接线变电站断开中间断路器

优点:措施实施简单,不破坏网架结构,不需增加一、二次设备。

缺点:短路电流降低值较小,此外发挥不出3/2接线方式可靠性高的优势。

2.1.5 停运线路优点:措施实施简单,不需增加一、二次设备。缺点:改变网架结构,影响系统潮流分布,降低供电可靠性。

2.2 从设备选型或设备改造解决

2.2.1 更换断路器

优点:不改变电网结构。

缺点:更换期间需电网配合停电,风险较大,且目前断路器开断短路电流能力有上限,500 k V断路器一般为63 k A,220 k V断路器为50 k A,措施具有局限性。

2.2.2 线路加装串抗

优点:不破坏网架结构,不改变变电站接线方式。

缺点:高压大容量串抗造价较高,且需一定占地面积,增加线路故障概率,增加设备维护工作量。

2.2.3 主变压器中性点加装小电抗

优点:可降低系统单相短路电流水平,装设简单,成本较低。

缺点:无法降低三相短路电流水平。

2.2.4 采用高阻抗变压器[1]

优点:可同时降低系统三相、单相短路电流水平,不改变电网结构。

缺点:经济性较差,设备损耗高。

3 实际案例分析

3.1 降低沧西变电站短路电流措施

4号变压器扩建投运后,沧西变电站220 k V母线短路电流水平将达到52.6 k A,超过沧西变电站220 k V断路器额定遮断电流-50k A。沧西变电站220 k V母线接线示意见图2。

图2 沧西变电站220 k V母线接线示意

由于220 k V断路器最大开断短路电流的能力为50 k A,已经无法通过更换断路器解决沧西变电站短路电流超标问题,采取了220 k V母线分裂运行方式,降低短路电流水平,母线分裂运行后短路电流水平见表1。

表1 沧西变电站220 kV母线分裂运行后短路电流水平 k A

经校核,220 k V母线分裂运行后,沧西变电站潮流分布基本合理,N-1方式下不存在过负荷或电压越限的厂站,满足运行要求。

3.2 降低广元变电站短路电流措施

随着广元至王段双回线路投产后,广元变电站220 k V母线短路电流达到51.0 k A,超过断路器遮断容量。广元站周边电网接线示意见图3。

图3 广元变电站周边电网接线示意

由于广元220 k V仅有6回出线,不宜分裂运行,邯邢解环条件也尚不具备,采用了将220 k V彭村-北张线路断备的措施,降低广元变电站短路电流。

表2 彭张线断开后广元短路电流水平 k A

经校核,220 k V彭张线断备后,潮流分布基本合理,N-1方式下不存在过负荷或电压越限的厂站,邢台电网的供电可靠性并没有显著降低。

4 抑制系统短路电路超标问题的建议

4.1 加快特高压建设形成更高电压等级网络

当电网发展到一定的水平时,负荷密度越来越大,系统联系越来越紧密,其短路电流水平将不断升高。一定的负荷密度,一定的传输能力需求,需相应的电压等级与之相适应,河北南网目前500 k V电网快速发展阶段,短路电流水平呈逐年上升趋势,也即将面临短路电流超标的问题,通过特高压网络的建设,可优化500 k V系统结构,降低500 k V系统短路电流水平[2]。

4.2 优化电网结构实施分区供电

合理的电网结构是降低电网短路电流水平的根本出路,合理的电网结构应是兼顾系统的稳定水平、输送能力、可靠性水平、短路电流水平和经济运行等因素的总体优化方案[3]。目前石家庄、保定内部环网变电站短路电流水平面临超标。因此,应尽快研究石家庄、保定内部环网的解环方案,从根本上降低区域220 k V系统短路电流水平。

4.3 合理安排电源接入方式

合理的电源接入方式应该是分散接入,分散接入包括两方面要求:根据电网要求接入不同的电压等级;分散接入不同的变电站。大容量的电源一般应接入电网的最高电压等级电网中,但是,对于负荷中心而言,接入一定比例的电源,不仅可以减少不必要的变电容量,也可以提供充足的动态无功储备,防止局部电压崩溃。在今后的电厂接入规划中,应尽量避免将电厂接入环网,特别是负荷中心的环网,同时应避免多个电厂集中接入单个变电站或集中区域,如石家庄西部、邯郸西部地区,降低系统短路电流水平。

[1] 何志强,高万良.重庆220 k V电网短路电流限制措施分析[J].华中电力,2010,23(2):31-34.

[2] 马则良,史大军,周 伟.华东核心网架中长期发展模式[J].中国电力,2010,43(4):5-8.

[3] 徐 贤,丁 涛,万秋兰.限制短路电流的220 k V电网分区优化[J].电力系统自动化,2009,33(22):98-101.

本文责任编辑：齐胜涛

Analysis on Short-circuit Current Limitation Measures of Power Network

Shi Zheng1,Gu Lina2,Cheng Lun3
(1.State Grid Hebei Electric Power Company Shijiazhuang Electric Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China; 2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China; 3.State Grid Hebei Electric Power Company.Shijiazhuang 050021,China)

with the rapid development of Southern Hebei Power Network,the short-circuit current exceeding problem become more an more serious.Through the analysis of variety of short-circuit current limitation measures,combined with the actual case of short-circuit current restrictive scheme,provide the suggestions for future short-circuit current limitation.

short-circuit current;electromagnetic looped network;bus

TM713

B

10019898(2017)02002403

20170112

石 征(1985-),女,工程师,从事电力调度自动化工作。